Etude d’hydrogels à base de polysaccharide par relaxométrie RMN : Dynamique, Structure et Quantification

Study of polysaccharide-based hydrogels by NMR relaxometry : Structure, Dynamic and Quantification

• Auteur / Autrice : Pierre Fouilloux
• Direction : Ali Assifaoui, Philippe Bodart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 30/03/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-2024)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Neiers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clémence Le Cœur, Régis Gougeon, Guy Lippens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Natalie Malikova, Corinne Rondeau-Mouro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Aliments -- Teneur en polysaccharides

Nanogels

Mots clés libres

Hydrogel

Polysaccharide

Iron

Relaxométrie

Rmn

Taille de réseau

Hydrogel

Polysaccharide

Iron

Relaxometry

Nmr

Mesh size

Résumé

Ce manuscrit discute plusieurs utilisations et développement de la résonance magnétique nucléaire dans le domaine temporel (TD-NMR) pour l’étude d’hydrogels polysaccharidiques formulé à partir de polygalacturonate. Après une introduction globale aux applications technologiques des hydrogels et une introduction basique à la relaxation RMN, trois aspects seront étudiés.Premièrement, des profils de diffusion RMN des protons obtenue grâce à l’utilisation de relaxométrie à cycle de champs rapide (FFC-NMR) permettent l’accès aux dynamiques des molécules d’eau dans le gel. Des mouvements très lents sont mis en évidences et sont comparé à des simulations de dynamique moléculaire.Deuxièmement, le traitement des courbes de relaxation obtenue à 20 MHz permet l’obtention de distributions de taille de réseau. Les résultats sont comparés à des résultats de rhéologie et de diffusion de neutron aux petits angles trouvé dans la littérature. La relaxométrie semble être la seule méthode capable d’apprécier le caractère hétérogène des hydrogels.Troisièmement, des hydrogels à base de fer sont formulés et la relaxation paramagnétique est exploité pour quantifier et différencier in-situ Fe(II) et Fe(III) dans différents gels et simultanément dans le même gel. Un résultat difficile à reproduire avec la plupart des autres techniques.

This manuscript discusses several uses and developments of time domain nuclear magnetic resonance (TD-NMR) for studying polysaccharides hydrogels formulated with polygalacturonate. After a global introduction to technological interests of hydrogels and a basic introduction to NMR relaxation, three aspects are studied.Firstly, 1H NMRD profiles obtained with fast field cycling NMR allows to have access to the water molecule dynamics in the gel. Very slow dynamics are evidenced, and results are compared to molecular dynamics simulations.Secondly, the treatment of the relaxation curves recorded at 20 MHz allows calculating the mesh-size distribution. The calculations complete the rheological results and small angle neutron scattering data from the literature. Relaxometry seems to be the only method able to appreciate the heterogeneity of hydrogels.Thirdly, iron-based hydrogels are formulated and paramagnetic relaxation is exploited to quantify and differentiate in-situ Fe(II) and Fe(III) in different gels and simultaneously in the same gel. A challenging measurement with most of the usual techniques